冷却水分配系统
专利汇可以提供冷却水分配系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于 核反应堆 密闭壳的无源式 外壳 冷却系统。公开的是一个 冷却 水 分配系统，此系统借助重 力 在 钢 密闭壳的外表面上均匀地引导冷却水并使用了互相连接的一系列径向导流元件、多个环形集水元件和集水箱，以便收集冷却水并将该水输送至沿钢密闭壳的弯曲表面延伸的分配槽中。所述冷却水用分配槽中的多个溢流口均匀地分配在弯曲表面上。，下面是冷却水分配系统专利的具体信息内容。
1．分配冷却水的系统，该系统应用于核反应堆钢制容器外 壳，其特征在于：包括
(a)一个冷却水源，其设置在所述钢制容器外壳之上；
(b)多个导流元件，这些导流元件固定在上述弯曲表面并从上 述冷却水源径向地往外和往下延伸；
(c)多个环形集水元件，这些集水元件固定在上述弯曲表面并 横交上述径向导流元件；
(d)多个集水箱，每个箱位于一对相邻的径向导流元件和一对 相邻的环形集水元件之间；
(e)多个分配槽，这些分配槽沿上述每个集水箱的两侧上延伸 并固定在上述弯曲表面上；
(f)在上述分配槽的至少一个侧壁中的多个溢流口，用来将上 述分配槽中所装的冷却水分配到上述弯曲表面上去。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所说的冷却水源 是在上述弯曲表面上的一个开有长孔的分配缸。
3．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所说的导流元件 数量是8个。
4．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所说的集水箱数 量是8个。
5．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的集水箱的 侧壁设有溢流口，用来将水分配到上述分配槽中去。
6．如权利要求5所述的系统，其特征在于，所说的溢流口是 可调整的。
7．如权利要求1所述的系统，其特征在于，在上述每个分配 槽中设有4个溢流口。
8．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所说的溢流口是V 型的。
9．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所说的分配槽相 对于上述弯曲表面是可调整的。
本发明涉及到核反应堆，尤其是涉及到用来放置核反应堆、 蒸气发生器和有关设备的钢密闭壳的无源式冷却系统。在1991年 9月17日授于西屋电气公司的美国5,049,353号专利中，说明 了一种无源式外壳冷却系统，一旦水冷反应堆用的任何主动冷却 系统出现故障，该冷却系统可用来冷却核电厂的钢密封壳。此专 利所述的冷却系统也能够用作消极散热器，以便安全迅速地从钢 密闭壳上除去堆芯衰变的所有热量并且防止钢密闭壳内所具有的 任何过大的压力。
正如上面提到的美国5,049,353号专利中进一步说明的那 样，无源式外壳冷却系统综合利用钢密闭壳与混凝式屏蔽楼之间 的自然空气循环和重力注入的冷却水以提供必要的冷却和散热。 万一反应堆任何原有的主动式冷却系统出现故障或者突发事故， 该无源式外壳冷却系统能够用来提供充分的冷却，以便安全和有 序地关闭反应堆。
在该无源式外壳冷却系统中使用的重力注入冷却水来自建在 包围所述钢密闭壳的混凝土屏蔽楼屋顶内的环形大水箱(400, 000加仑)，并且，在需要的时候，让该冷却水靠重力流过该钢密 闭壳的所有外表面。由于该冷却水是靠自然的重力流出的，故不 必要泵和人工操作器的作用来提供必需的冷却效果。该冷却水储 水箱设计成能达到提供几天的冷却水的要求。这以后可再给水箱 添加补充水，或者，所提供的空气冷却会足以从该钢密闭壳中除 去任何剩余的热量。
为了从钢密闭壳外表面上最有效地除热，重要的是该无源式 冷却水能以均匀薄膜的方式流过所述的整个表面，以防止该表面 上出现任何过热点并使水的冷却效果最大。而在钢密闭壳表面上 均匀分布水则恰恰是困难的，这是因为，钢密闭壳的穹顶是一个 具有弯曲表面的椭球形拱，并且该钢表面在具有钢制品实际允许 的光滑度的同时，还含有一些表面偏差和凸凹不平的区域，这就 使得冷却水成为“沟渠”或换句话说，不能以均匀薄膜的方式流 过该表面。与所需的水膜厚度相比，这些表面偏差和不均匀性是 大的。也已经观察到，如果在钢密闭壳的顶部附近出现“沟流”， 则该沟流将继续沿该密闭壳的侧面往下，从而造成一大块面积得 不到有效的冷却并导致过热点。
原先在钢密闭壳的弯曲表面上提供均匀的冷却水膜的尝试已 经得以改善了，但没有完全解决上述问题。如上面提到的美国5, 049,353号专利中所述，解决此问题的一个途径是要在该钢密闭 壳的外表面上涂敷一种特殊导热可湿用的锌基漆。与裸露的钢表 面相比，这种漆虽改善了冷却水的流通，但沟流和过热点仍然会 出现。
因此，本发明的一个目的是提供一种适用于无源地冷却钢密 闭壳外侧的冷却水分配系统，此系统在钢密闭壳的整个表面上提 供薄的、均匀的冷却水膜。
本发明的另一个目的是提供一种可靠的冷却水分配系统，此 系统能根据所给定的冷却水容量提供最大的冷却效果。
本发明的再一个目的是提供一种冷却水分配系统，它是简单 的，容易适合不同尺寸和形状的钢密闭壳并可调整来适应钢密闭 壳表面的制造或装配偏差。
本发明的其它及进一步的目的将随以下的详细说明和附图以 及权利要求而体现出来。
业已发现，通过提供多个导流元件和多个环形集水元件，可 以达到上述目的，所述导流元件固定在钢密闭壳穹顶的弯曲表面 上并相对于安装在穹顶上面的冷却水源径向地向外向下延伸，所 述的集水元件也固定在上述弯曲表面上并正交于上述径向的导流 元件。一个集水箱设在一对相邻的径向导流元件和一对相邻的环 形集水元件之间。多个分配槽固定在钢密闭壳的弯曲表面上并在 每个集水箱的两侧上沿该侧延伸。每个分配槽的至少一个侧壁上 设有多个溢流口，以便将分配槽中流动着的冷却水均匀地分配到 钢密闭壳弯曲的外表面上。
图1是用于核反应堆电站的无源式外壳冷却系统的部分剖面 的侧视图，本发明的冷却水分配系统就为它开发的。
图2是所述钢密闭壳穹顶部分的俯视图，此图示出了用于本 发明冷却水分配系统的各种元件和部件的一般结构。
图3是用于本发明的冷却水分配系统的集水箱之一的放大了 的俯视图。
图4是沿图3所示剖面线Ⅳ-Ⅳ的剖视图。
图5是沿图3所示的剖面线Ⅴ-Ⅴ的剖视图。
图6是一张俯视平面图，此图示出了用于本发明的冷却水分 配系统的分配槽的结构。
与本发明一起使用的该无源式外壳冷却系统示于图1中，该 系统用来把热量从反应堆钢密闭壳中排至外部，从而，即使该反 应堆的一个或几个原有冷却系统有问题或出现故障，也不会超过 密闭壳的设计压力和温度。
如图1中所示，该无源式外壳冷却系统包括一个钢密闭壳1， 它将一个核反应堆2和几个蒸汽发生器3封闭在内。该钢密闭壳1 有一个球形或椭球形的穹顶4和一个外表面5以及一个筒形的侧 墙6。对于一个产生约1800兆瓦热和使用压力水核反应堆2的典 型核反应堆电厂来说，钢密闭壳的筒形侧墙6可以具有约130英 尺(40米)的直径和约为1.625英寸(4.13厘米)的钢墙厚度， 以便经受所需的内部压力。
一座混凝土屏蔽楼7包围钢密闭壳1，在钢密闭壳1的外表 面5和屏蔽楼7的内表面之间具有约4.4英尺(134.2厘米)的 环形间隔。屏蔽楼7的顶部设有空气入口8，该空气入口8径向 地围绕该屏蔽楼7并最好由一系列装有隔栅的等间距入口通道组 成。
在屏蔽楼7的上部支承着一个环形水箱中的冷却水源9。
屏蔽楼7的顶部10有一个往上延伸的排出受热空气和水蒸汽 的中央烟筒11，该烟筒11用来增加受热空气的高度从而使屏蔽 楼7内的空气有较高的自然循环。该烟筒还能防止受热空气和水 蒸汽被抽入到空气入口8。在一个实施例中，该烟筒在屏蔽楼的 顶部10以上约50英尺(15米)，或者在钢密闭壳1的顶部以上 约65英尺(19.5米)。
钢的空气隔板放置在屏蔽楼7的内墙表面和钢密闭壳1的外 墙表面5之间，以便在钢密闭壳1和屏蔽楼7之间限定一对环形 气隙21和22，并且提供有用而高效的气流以利于冷却密闭壳1。 如图1中箭头所示，外界空气通过空气入口8被抽入到屏蔽楼7 中，并且往下流过外部环形气隙21，然后往上流过内部环形气隙 22，同时在钢密闭壳1的外表面5上通过，之后通过中央烟筒11 排出。
一旦反应堆2内的原有冷却系统之一临时发生故障或出问 题，依靠这样产生的外部冷却空气的自然通风来冷却外壳可能是 不够的。因此，本发明目的在于提供补充水冷却系统，它把来自 位于屏蔽楼7顶部10的重力冷却水源9的冷却水供至钢密闭壳1 的外表面5。冷却水最初将依靠直接传热交换来冷却外表面5。 随着该冷却水的加热，它开始蒸发成往上流动的冷却气流。这就 会产生蒸发冷却作用，从而在水的正常沸点之下以期望的适中热 流量良好地冷却钢密闭壳1的外表面5。结果导致冷却空气能够 扩散到表面5，因此降低了脱离表面5的水蒸汽的部分压力，从 而降低被加热的冷却水的饱和温度。
从屏蔽楼顶部10中的冷却水源9排出冷却水是要提供用几天 的冷却水容量，这之后再向该水源补充冷却水。
图2中说明了一个用于将冷却水分配到钢密闭壳1的穹顶4 的弯曲表面上的结构的最佳实施例。该冷却水通过排水管道从储 水箱9注入到位于圆拱顶4中心的一个开有长孔的分配器缸20 中。分配器20中的长孔具有一定尺寸，从而即使分配器20倾斜 或不准直，从每个长孔出来的流量也基本上是均匀的。如图2所 示，多个钢导流元件13焊在穹顶4的弯曲表面上，并且相对中心 分配器缸20径向地往外和往下延伸，从而在穹顶4上形成8个饼 状的扇形或区间。
多个钢板环形集水元件14从穹顶4的顶部分岔往下焊接到该 穹顶4的外表面5上。该集水元件14围绕穹顶4全面扩展并横交 径向导流元件13。集水箱15置于一对相邻的径向导流元件13和 一对相邻的环形集水元件14之间，以便接收已经流过径向导流元 件13之间穹顶4而后由环形集水元件14收集并导入到集水箱15 中的冷却水。随着该冷却水流入到集水箱15，它就会从集水箱15 出来重新分配进入多个分配槽16，该槽在集水箱15的两侧上向 前延伸并固定在钢密闭壳的弯曲外表面5上。
如图2、3和4所示，分配槽16包括4个固定到集水箱15 各侧的长度逐步增加的平行槽道。集水箱15各侧上的这4个平行 槽道16编组成一个单独加工的元件，此元件一端固定在集水箱15 上而另一端则支承在密闭壳上。分配槽16对于集水箱15的每一 侧来说最好4个组合成一个单元，但是用支架19固定到外表面5 上，支架19能使分配槽在达到足够的倾斜方面作调整，以保证每 个分配槽16中的冷却水连续均匀地流动。支承在密闭壳1上允许 密闭壳1因加压或不均匀的温度而增大，但不会使分配槽16受力 过大。一个单独的分配槽16固定在集水箱15的前壁上，如图3 所示。用插入集水箱15壁面的一系列V型溢流口17，将冷却水 从集水箱15引入到所有分配槽16。这种结构能使冷却水均匀流 进每个分配槽16。各个分配槽16的一个侧壁上均设有多个V型 溢流口18，它们彼此等间距地置配并将分配槽16中所装的冷却 水分配到恰在环形集水元件14下面的钢密闭壳1的弯曲外表面5 上去。
沿钢密闭壳1的弯曲表面5往下逐步重复径向导流元件13、 环形集水元件14、集水箱和分配槽的配置，以便在钢密闭壳1的 全部表面5上提供均匀的冷却水薄膜覆盖层。分配槽16侧壁中的 V型溢流口18朝往上的方向排出溢流水舌，从而使外表面5的覆 盖范围最大。集水箱15中的溢流口17最好用螺栓连接到集水箱 15，以允许最后找正和等量分配流往分配槽16的水。在推荐使 用V型溢流口17和18来控制冷却水流量的同时，如果需要，也 可使用其它形状的溢流口。
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